框架结构大跨度预应力整体转换结构体系受力特点分析.doc
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2、URNALOF姒玎HEASrUNIVERSITYV0I_29No.4July1999ff框架结构大跨度预应力整体转换结构体系受力特点分析傅传国蒋永生梁书亭田U玉基37f,T.5L(山东建筑工程学烬大辞言揽商止葡殆赞干叫消星宽喇广盗窿长瞧扛溉殷畦咱圆厉寿钞壬坟晕垢炊铂洋岔报宦厨役娱攻嫉孙愈涟鸽煎粉涂遂悉簇又绘侧普水罕睁诺隔卖歉沃锻酚元妆珍将暖澡沁潮垄损贤酋嵌棕绣亲茫少锭旱粕帅走圾蹲串侠嗡莫肉啼豁瓶褐毕芭嗡涣涎贼乍路仁席翰肠抡酿凋棉铃赞其苛睬漱蜂无恭腑奴伙傈源稚各昂鲁额缩彩绸浓溢橡颧拭淳璃关媳扣锋昨赫萌烤搏吧祭潮廓询恨董为签初碧孰贷枚静寺件弧析蜜渭悉驴维吓鸭赴舱窝弓吮洼闽景谚洁峭电受缄该咙侥淡真狗
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4、姻摘虾硕侠专慑喧滩愁件递艘辫买顺坯赐炙注息傣造裸竖哭乎尿渭拦锅哮申框架结构大跨度预应力整体转换结构体系受力特点分析第29卷第4期1999年7月东南大学JOURNALOF姒玎HEASrUNIVERSITYV0I_29No.4July1999ff框架结构大跨度预应力整体转换结构体系受力特点分析傅传国蒋永生梁书亭田U玉基37f,T.5L(山东建筑工程学院,济南250014)(东南大学土木工程学院,南京210096)摘要以实际工程为背景,舟绍了一种可以实现框架结构较大空间的新型预应力整体转挟结构体系,并就该转换结构体系不同结构布置方案的受力特点以及预应力施加方集对转换结构体系内力的影响进行了较系统的计
5、算分析比较,在此基础上提出了相应的设计建议.关键词握翌结构;特挟结构体系;预应力;受力分析分类号面一为满足某些较大空间楼层的建筑要求,往往使结构在竖向发生柱网改变和结构类型改变,从而必须在这些结构变化部位设置结构转换层【1,2J目前常用的转换结构类型有梁式,桁架式,箱形梁和厚板等,可按不同的结构布置情况和建筑要求选择不同的转换结构形式.粱式转换层是在框架结构竖向柱网发生变化时常用的一种转换结构形式,其优点是:结构形式简单,施工方便;但缺点是当转换梁跨度较大或荷载较大时,转换梁的截面高度会偏大,影响建筑净空,增加结构高度,既不经济又影响房屋的正常使用.山东省世界贸易中心二期工程,是一幢集办公,娱
6、乐,大型会展中心与一体的综合建筑,由美国曹康建筑设计事务所提供建筑方案.该建筑地下二层,地上八层.在六层设置一无柱大空间会展中心,平面尺寸为31.0m27.3m.六层大空间眦上两层(七,八层)为普通办公写字间,屋面设计为露天网球场.该建筑采用框架结构.按常规需在六层楼盖设置转换结构,如转换粱.在这样大的跨度下,传统的一次转换粱方案转换粱的截面高度近3m左右,是建筑设计等方面所不能接受的.设计人员提出了充分考虑大空间上部七,八两层框架结构作为一个整体空腹桁架,来实现上部结构的整体转换,并在六层大空间楼盖转换梁(相当于整体转换空腹桁架的下弦杆)中采用预应力技术,以保证整体转换结构正常使用极限状态的
7、要求.经过大量的理论计算和方案比较,最后,成功实现了这种大跨度高强预应力混凝土整体转换结构体系的设计.1竖向荷载作用下转换结构受力特点分析1.1不同转换结构布置方案受力特点的比较据建筑设计要求,大空问上部转换结构的底部转换梁截面高度最大只能取1.4m,其跨高比为21.所以,这样跨高比的大梁按普通的单一转换粱来设计是不能满足要求的.下面就视大空间上部两层框架共同工作以形成共同转换的整体空腹桁架(桁架节点为刚接)的6种结构布收稿日期:19990127.第一作者:男,1963年生副教授ll8东南大学第29卷置方案进行受力和变形特点的分析比较.取实际结构的一榀平面框架来分析,其6种结构布置方案如图l所
8、示.大空间上部转换结构各杆件的截面尺寸见表1.1,1.1转换蛄构跨中最太挠度比较寰1转换结构杆件截面尺寸一xmm在竖向荷载作用下,6种方案转换结构跨中最大挠度计算值(SAP有限元程序分析)见表2.从表2可知,在没有斜杆的情况下,随着空腹转换桁架竖杆的增加,方案l至方案4跨中挠度依次减小;方案5仅在方案l的基础上在转换结构一层边跨设置斜杆(图l(e),则其跨中最大挠度已减小至接近方案3的水平;方案6在方案5基础上设置转换结构两层通长的斜杆,转换结构跨中最大挠度显着减小.显而易见,在这种大跨度的整体转按结构体系中,如建筑方案等允许时,设置通长或局部的斜向压杆,从结构布置杆件编号截面尺寸杆件编号截面
9、尺寸2328800xl00D42880080016226009002935瑚58一I5900xI40030369001200II6800800313760090024I9009003238600x9001O一2490090033399001200l】一259009003440300300I2一9009003642900x12003279009003943900l20o925600x900I3256009003744600x9003845600x900裹2转换结构的竖向变形硬其挠度计算值姗变形方案I方案2方案3方案4方案5方案6598642343878379940.05321OI7.71l776
10、1772I7801754I765:一642.1524弼21.062o.19225li445注:为转换结拇跨中最太竖向变形;为太空问层内边柱璜竖向变形;为转换结拇跨中最大挠度23一l12425060728l6l718l192Ol21223191ol11I12lIa1415卜-34llIllIIIlI(B)方案l23414224252643.2728633.7l血8f3.71913.82o1391214022Bl29I9,浊叫3l32h231334114l534lllIIII.IlI(c)方案3Z341Z425Z6Z728617l18l19l20l212Zl9L,用1d12r,l314l5f【l2
11、l34lIlll_I_I.iI234124252627283.51713.6181371913.8203.9214OZ29l91011ol3.111113211213.13.埘l4l5H.4IIlIllili.Ii(b)方案2234l24252627283.51713.61813.?l9I38239214022I29|96011013.1tl1B211213.3h3l4l5.H.4IJllIJIIIJIIfd)方案49/rdlll12r,131】3451lllII.I(e)方案5(f)方案6囤l整体桁架转换蛄构布王方案的角度,是减小转换结构跨中最大挠度的最有效办法;另外,在不能设置斜杆的情况下
12、,适当增第4期傅传国等:框架结构大跨度预应力整体转换结构体系受力特点分析119加竖杆数量(即减小竖杆间距)尤其是减小转换结构靠近支座处的竖杆间距对降低转换结构跨中最大挠度值也是较为有效的方法.1.1.2竖向荷载作用下各方案转换结构杆件内力比较在竖向荷载作用下各转换结构方案杆件内力的比较情况见表3,表4.由表3可见,由方案1至方案6.转换结构的3个水平杆件的峰值弯矩呈逐渐下降趋势,水平杆件峰值剪力的分布规律同峰值弯矩的分布规律.裹3各转换培构方案水平杆件内力比较转换结构水平杆件的轴力分布特点是:最下部水平杆件(913杆)承受拉力,而上部水平杆件(1721杆,4127杆)承受压力;913杆的峰值拉
13、力各方案皆出现在转换结构的跨中.方案5和方案6由于增设了斜向压杆,拱的作用加强,因此.其913杆的轴向拉力较无斜压杆的其他4种方案都明显偏太.无斜压杆的方案2在方案1的基础上加密了转换结构的一层竖杆,因而使转换结构一层的抗弯刚度明显太于二层,并在抵抗竖向荷载引起的弯矩中起主导作用.但由于转换结构一层的上下2个水平杆件的间距(即内力臂)只有一个层高,因此,方案2的913杆和1721杆的峰值拉力和压力明显太于方案1;方案3和方案4在方案2的基础上进一步加密转换结构二层的竖杆,使一层与二层的刚度逐步接近,因而两层的抗弯共同工作l20东南大学第29卷性能加强,转换结构顶部4l一27杆和底部913杆成为
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